Molecole autoreplicanti forniscono indizi su come la vita potrebbe aver avuto inizio
Alcuni scienziati finanziati dall’UE, impegnati nel progetto da 1,5 milioni di euro REPLI hanno investigato su come le molecole autoreplicanti acquisiscono aspetti rinvenuti in forme di vita. Tali molecole potrebbero rappresentare un modello semplice dei processi fondamentali che avvengono nella formazione delle specie. Se ne potrebbe anche inferire che la diversità ecologica in biologia possa avere radici a livello molecolare. “Siamo in grado di osservare il comportamento in sistemi non ancora viventi di molecole autoreplicanti, che iniziano a evidenziare forti somiglianze con ciò che vediamo in biologia,” afferma il coordinatore del progetto Sijbren Otto, professore di chimica dei sistemi all’Università di Groninga, il quale aggiunge: “una delle questioni fondamentali affrontate dalla nostra ricerca, almeno in parte, riguarda come la vita sia comparsa.” Il team REPLI ha scoperto che una serie di molecole replicatrici, che in origine aveva scoperto fortuitamente, può mutare spontaneamente. “La forma più semplice di autoreplicatore è costituita una singola molecola che crea copie esatte di se stessa. Con l’evoluzione occorrono copie che siano in qualche modo differenti in termini di struttura rispetto all’originale e, pertanto, rappresentino mutazioni; siamo riusciti a realizzare questo processo in laboratorio” racconta il prof. Otto. “L’abbiamo osservato in tempo reale a livello molecolare: una volta che un set di mutanti sia stata formata, un secondo set si è diramato dal primo un po’ più tardi. Si può paragonare la situazione al modo con cui in biologia comparirebbero nuove specie.” Il team ha scoperto che due set distinti di molecole competono per due diversi elementi di base o sottocomponenti che formano le molecole; potrebbe essere un meccanismo simile alla competizione degli animali per il cibo. L’impatto ambientale sulla struttura molecolare È stato anche scoperto che l’ambiente del replicatore determina la sua struttura molecolare. “Si può tracciare un parallelo con l’adattamento biologico” afferma il prof. Otto. “Nell’evoluzione biologica, gli organismi si adattano ai cambiamenti ambientali e, a livello estremamente rudimentale, osserviamo qualcosa di simile nelle molecole replicatrici”. Il team è riuscito a indagare sulle teorie legate all’estinzione utilizzando esperimenti di sistema di flusso, ovvero il flusso negli elementi di base da cui i replicatori costruiscono se stessi, facendo defluire al tempo stesso un volume pari per ogni unità di tempo, in modo da mantenere costante il volume complessivo. “Se i replicatori nel campione riescono a produrre da sé in modo più rapido rispetto al proprio deflusso dal sistema, si manterranno. Se non ci riescono, deperiscono e si estinguono – osserva il prof. Otto, aggiungendo – la cruda realtà è che l’evoluzione opera solo se c’è vita e morte”. Verso forme di vita rudimentali La maggior parte del lavoro di laboratorio ha riguardato molecole di peptidi contenenti fino a 40 aminoacidi. “Ma i principi potrebbero estendersi ad altre classi di molecole. L’unico reale requisito è la necessaria capacità delle molecole di aderire tra loro per assemblarsi in strutture più grandi,” afferma il prof. Otto. L’ERC ha fornito una sovvenzione quinquennale di follow-up da 2,5 milioni di euro, a partire da settembre 2017, per continuare questa ricerca nell’ambito del progetto Steps Towards the Novo Life. “In ultima analisi, si punterebbe a spingere le molecole autoreplicanti verso una vita rudimentale,” afferma il prof. Otto. “La vita ha avuto miliardi di anni di evoluzione per raggiungere il livello attuale di sofisticazione e complessità. Qualsiasi risultato che produrremo in laboratorio nell’arco della nostra esistenza, non potrà rivaleggiare con tale condizione. Si spera però che catturi l’essenza, il minimo essenziale per capire di cosa si tratti in sostanza o da cosa ciò sia iniziato.”
Parole chiave
REPLI, evoluzione, biologia, biochimica, biologia molecolare
